Versuchsbeschreibung - Halles Schülerlabor für Physik - Martin ...

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4 2 G Abbildung 1: Die Potentialkurve X gibt die Energie des Grundzustandes in Abhängigkeit vom Kernabstand an, wobei E B der Bindungsenergie entspricht. Angeregte Zustände werden mit A, B, C usw. bezeichnet. Die Schwingungsniveaus werden mit ν = 0, 1, 2, ... bezeichnet. L = n · ħ (2.2) Damit ergeben sich nach B diskrete Energiezustände, die durch das Vielfache von h bestimmt werden: 2E n = −E i /n 2 , n = 1, 2, 3, .... E i stellt hierbei die Ionisierungsenergie dar, ür das Wasserstoffatom beträgt sie 13, 6eV . Eine modernere Beschreibung des Atoms liefert die antenmechanik; hier wird der Zustand eines Elektrons nicht wie in der klassischen <strong>Physik</strong> durch eine Bahn beschrieben, sondern durch eine Wellenfunktion Ψ , wobei |Ψ| 2 eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit ür das Elektron angibt. Die Beschreibung von Molekülzuständen ist wesentlich komplizierter, da hier zu den elektronischen Anregungen noch zusätzlich Schwingungs- und Rotationsenergien auommen. Moleküle werden durch das Auftreten verschiedener Kräe gebildet, einerseits durch die anziehenden Bindungskräe der Elektronen, andererseits durch die abstoßende Coulomb-Kra. Die potentielle Energie eines zweiatomigen Moleküls in Abhängigkeit vom Abstand der Kerne lässt sich wie in Abbildung (1) darstellen. r 0 ist hier der Gleichgewichtsabstand der Atome, die Bindungsenergie E B gibt die Energie an, die notwendig ist, um die Atome zu trennen. Elektronen können hier genauso wie bei Atomen in höhere Bahnen angeregt werden, wodurch sich auch die
2.1 Laser 5 Abbildung 2: Absorption und Emission von Licht. Bindungsenergie und der Kernabstand ändern. Als Symbole verwendet man ür den Grundzustand X und ür die angeregten Zustände A, B, C,… Aufgrund von Kernbewegungen treten zwei weitere Energieanteile auf: Zum einen können die Atome in den Molekülen um ihre Gleichgewichtslage schwingen, zum anderen kann sich das Molekül um seine Hauprägheitsachsen drehen. Zu jedem elektronischen Niveau gehören somit mehrere Vibrationsniveaus, die Schwingungsenergie ist ebenso wie die Elektronenenergie gequantelt und lässt sich mit der antenzahl ν = 0, 1, 2, ... wie folgt darstellen: E v = (ν + 1 2 )hf, f bezeichnet hier die Frequenz der Schwingung eines zweiatomigen Moleküls. 2.1.3 Absorption und Emission von Licht Wie am Anfang des Kapitels bereits erwähnt wurde, kann elektromagnetische Strahlung von Materie absorbiert und emiiert werden. In Abbildung (2) wird der Vorgang der Absorption und der Emission kurz dargestellt. • Absorption: Ein Photon hebt ein Elektron in ein höheres Energieniveau, das Photon verschwindet dabei. • Spontane Emission: Ein Elektron, das sich zunächst in einem angeregten Energieniveau befindet, geht in einen niedrigeren Energiezustand und sendet dabei spontan ein Photon aus. • Induzierte Emission: Tri ein Photon auf ein angeregtes Elektron, so geht dieses in einen niedrigeren Ener-
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